Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 54

3)  участок слоя, не содержащий адсорбированного
вещества.

Второй участок называется работающим слоем (зо­ной массопередачи, адсорбционной зоной).

Расчет процесса адсорбции в неподвижном слое адсорбента заключается в определении времени защит­ного действия слоя заданной длины (высоты).

Эта задача является простой при бесконечно боль­шой скорости адсорбции, когда происходит послойная отработка адсорбента. Профиль концентраций в этом случае представляет собой прямую линию, перпендику­лярную к направлению потока, а проскок происходит после полной отработки всего слоя адсорбента. Время защитного действия слоя для такой адсорбции легко определить из уравнений материального баланса

G = cwsx₃;                                                (V.8)

G = d_vsH,                                                (V.9)

где G — масса вещества, поглощенная слоем; s — пло­щадь поперечного сечения слоя; w — линейная скорость газа в свободном сечении слоя; d_v — равновесная ем­кость адсорбента; Я — высота слоя; т₃ — время защит­ного действия слоя; с — разность концентраций извле­каемого компонента на входе и выходе.

Приравнивая правые части уравнений (V. 8) и {V. 9), имеем:

cwsx_s = d_psH   или  т₃ = -~-Н.                                                               (V.10)

Однако этот случай является идеальным. В реаль­ных условиях из-за конечной скорости адсорбции слой теряет время защитного действия, а динамическая ем­кость адсорбента всегда меньше ее равновесной вели­чины.

117

Задача расчета скорости адсорбции для заданной: системы адсорбтив — адсорбент в общем виде еще не-решена. В зависимости от параметров процесса и струк­туры адсорбента определяющей стадией может быть как внешний массообмен, так и внутренний (внутри пор) массоперенос; иногда скорость адсорбции лимити­руется одновременно внешней и внутренней диффузией..

В связи с этим первичные данные для расчета (проектирования) процесса адсорбции можно получить, строго говоря, только из эксперимента, проводимого в условиях, близких к тем, в которых будет происходить процесс. Во многих случаях так и поступают: проводят многоцикловые испытания системы адсорбент — ад­сорбтив при заданных параметрах, снимают при этом показатели процесса. По полученным результатам определяют динамические характеристики слоя: время защитного действия, динамическую адсорбционную ем­кость и потерю времени защитного действия. Эти ха­рактеристики зависят от многих причин, в частности от времени формирования режима параллельного пе­реноса, высоты и формы зоны массопередачи, скорости: перемещения стационарного фронта, которые, в свою очередь, при заданном динамическом режиме и исход­ной концентрации (изотерме адсорбции) определяются скоростью массообмена.

Наряду с методом Н. А. Шилова в настоящее время для расчета высоты работающего слоя широкое рас­пространение получило уравнение Майкелса — Трейбо-ла. По этому уравнению высоту работающего слоя рассчитывают по выходной кривой, выражающей зави­симость концентрации адсорбтива в   газовой фазе за

слоем адсорбента   во вре­мени. Общий вид выходной кривой приведен на рисун­ке V. 5. Уравнение    имеет вид

Тр — (I — ф; (Тр — т_пр;

(V.11)

где т_Пр — время защитного действия слоя    высотой к (продолжительность процес­са до проскока, концентра-

ция проскока с/с₀ 0,05); т_р — время работы слоя вы­сотой h до установления равновесия (с/со = О,95 — кон­центрация равновесия); ф — фактор симметричности выходной кривой.

Фактор симметричности определяют графически как

SA

отношение   площадей Ф — ----- ;---- ; ср    характеризует

^SA ~г ^SB

степень использования работающего слоя — это доля адсорбтива, поглощенного за время Ат = т_р—Тпр, от всего количества пропущенного за это время погло­щаемого вещества.